Teoria z ćwiczeń z fotogrametrii

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
TRANSFORMACJA RZUTOWA
Transformacja rzutowa to ośmioparametrowe przekształcenie płaszczyzny zdjęcia na
powierzchnię terenu. W parametrach transformacji zawarte są elementy orientacji
zewnętrznej i wewnętrznej za wyjątkiem dystorsji. Proces transformacji polega na tym iż
najpierw definiujemy punkt główny, poprawiamy piksele o współczynniki radialne i obraz
skorygowany o dystorsję radialną przekształcamy rzutowo. Po transformacji zmienia się
poziom szarości pikseli. W resamplingu szukamy nowych poziomów szarości.
Ogólne wzory transformacji rzutowej:
a
x

b
y

c
X
G

1
1
1
a
x

b
y

1
3
3
a
x

b
y

c
Y
G

2
2
2
a
x

b
y

1
3
3
X
G
, Y
G
- współrzędne geodezyjne
x, y – współrzędne w układzie zdjęcia
Podczas zajęć dydaktycznych korzystano zdjęć archiwalnych z 1978 r. zrobionych przez
PPGK W-wa dla obiektu Ciechanów. Pracowano na prawym zdjęciu.
Przebieg pracy:
1. Założenie folderu 2D
2. Stworzenie pliku z rozszerzeniem *pkt zawierającego punkty osnowy fotogrametrycznej
3. Uruchomienie programu VSD
- nazwa zadania taka jak numer prawego zdjęcia
- wpisanie ścieżki dostępu do obrazu zdjęcia
- stworzenie pliku z obrazem piramidalnym
- pomiar fotopunktów klawiszem i” – podpięcie z pliku *pkt
- orientacja wewnętrzna zdjęcia, określenie transformacji – F5
- pomiar narożników użytków klawiszem ”j”
4. Opracowanie wyników pomiarów
STEREODIGITALIZACJA
Stereodigitalizacja to proces pozyskiwania danych geometrycznych o obiektach. Dla
wykonania stereodigitalizacji wykonuje się rekonstrukcję modelu przestrzennego terenu na
podstawie pary zdjęć na autografie analogowym, analitycznym lub cyfrowym, a następnie
poprzez interpretację i pomiar określa się lokalizacje wybranych obiektów w zewnętrznym
układzie odniesienia. Technika pomiaru sprowadza się do pomiarów punktów i linii. pomiar
punktowy to pomiar punktów dyskretnych a pomiar liniowy to pomiar ciągły. Tryb pomiarów
punktowych to tryb statyczny.
Tego typu pomiar prowadzi do prezentacji każdego mierzonego obiektu w zapisie
numerycznym przyporządkowując go do jednego z podstawowych typów czyli:
- obiektu punktowego – prezentacja symboliczna z prawidłową lokalizacją centrum
zastosowanego symbolu,
 - obiektu liniowego – prezentacja ciągiem poli-linii otwartej lub zamkniętej kartometrycznie
lokalizującej prezentowany obiekt,
- obiektu powierzchniowego – obszar zamknięty ciągiem liniowym z przyporządkowanym
sposobem użytkowania wydzielonego obszaru.
Grupy obiektów na etapie mapy numerycznej metodą stereodigitalizacji:
1. Pomiar punktów
2. Pomiar linii przestrzennych w sposób dynamiczny; zmieniają się współrzędne X, Y, Z
3. pomiar linii wysokości(warstwic); zmienia się X, Y a współrzędna Z musi być przez
operatora utrzymywana na stałej wysokości
4. Dynamiczny sposób pomiaru profilami; dla dowolnie zorientowanego profilu ΔX ≠ΔY ,
współrzędna Z jest zmienna.
W przypadku pomiarów statycznych może zaistnieć sytuacja gdy stosujemy metodę siatki
kwadratów ze względu na bezproblemowe zdefiniowanie punktów węzłowych siatki. Taki
pomiar rastra jest alternatywą dla pomiarów warstwami i pozwala uzyskać większą
dokładność. Dla niewielkich obszarów DGM –u stosujemy metodę punktów rozproszonych
Stosowane oprogramowanie pozwala w procesie pomiaru nadawanie dodatkowo
automatycznie poszczególnym obiektom oryginalnych kodów gwarantując w ten sposób
niezbędną niezawodność pomiaru, a następnie efektywne tworzenie lub aktualizację baz
danych systemu GIS.
Do wykonania stereodigitalizacji zdjęć lotniczych na instrumentach fotogrametrycznych
można wykorzystywać bezpośrednio oprogramowanie, w którym docelowo będzie
prowadzony system informacji przestrzennej ( np. MICROSTATION, ARC-INFO) co
znacznie ułatwia transfer danych i zakładanie lub aktualizację bazy danych w systemie.
Proces stereodigitalizacji prowadzony nawet w najnowszych instrumentach typu autograf
cyfrowy jest zawsze realizowany przez operatora(obserwatora) i w najbliższym czasie nie
będzie zautomatyzowany( w przyszłości obserwatora zastąpi pakiet programowy do
komputerowego rozpoznawania obiektów).
Efektywne wykonanie procesu aktualizacji wymaga nakładania istniejącej zawartości bazy
geometrycznej(mapy numerycznej) na modele fotogrametryczne utworzone z aktualnych
zdjęć lotniczych. Taka superimpozycja obrazów pozwala na jednoznaczne wykrywanie zmian
oraz kompleksowe prowadzenie procesu aktualizacji. Realizacja nakładania różnej treści
danych numerycznych i cyfrowych odbywa się automatycznie jedynie w systemach
cyfrowych. To zadanie w autografach analitycznych jest wykonywane sprzętowo( np. w
autografach firmy Zeiss przy pomocy Videomapu) i wymaga dodatkowych zakupów i
konfigurowania sprzętu.
Końcowym wynikiem stereodigitalizacji jest mapa wektorowa a jej ostateczna redakcja jest
uzależniona od skali mapy, która analogowo będzie dostępna.
Podczas zajęć dydaktycznych dokonano stereodigitalizacji w VSD w trybie punktowym,
statycznym. Ustawiano znaczek pomiarowy na wybranych punktach modelu i dokonano
pomiar obiektu. W przypadku pomiaru punktowego rejestrowano współrzędne klawiszem j”.
Ruch wysokościowy znaczka uzyskiwano dzięki klawiszom F1 i F2 natomiast ruch w
płaszczyźnie XY za pomocą myszy. Pomiar wektora za pomocą klawisza P”. Zdefiniowano
trzy warstwy na których pracowano:
1. budynki
2. drogi
3. użytki
Wyniki stereodigitalizacji ,uzyskane dokładności oraz mapę sytuacyjną przedstawiono na
kolejnych stronach sprawozdania.
METODA WIĄZEK
Podstawą metody wiązek jest warunek kolinearności. W metodzie tej wszystkie równania
kolinearności możliwe do ułożenia dla całego bloku zdjąć układane są i rozwiązywane równocześnie. W
metodzie tej elementy orientacji wszystkich zdjęć bloku oraz nieznane współrzędne wyznaczonych punktów
terenowych oblicza się równocześnie ze wszystkich dających się wykorzystać danych i nie dzieli się procesu
aerotriangulacji na etapy. Warunkiem przecięć promieni homologicznych jest uzupełniony warunkiem przejścia
promieni przez punkt o danych współrzędnych terenowych.
Współrzędne fotopunktów (Xw, Yw, Zw) traktowane są jako znane i bezbłędne lub jako dane
obarczone błędami. Niewiadomymi są wszystkie parametry zdjęć bloku oraz współrzędne fotopunktów, np.
współrzędne Z, kiedy znane są Xw, Yw lub współrzędne X i Y, kiedy znana jest wysokość Zw). Liczbę
wszystkich niewiadomych dla danego bloku można określić mnożąc liczbę zdjęć przez liczbę parametrów
każdego zdjęcia. Jeśli przyjmie się stałość elementów orientacji wewnętrznej kamery, to wyznaczane parametry
będą związane tylko z elementami orientacji zewnętrznej stanowisk kamer, a więc liczba przez którą należy
pomnożyć liczbę zdjęć wynosi 6. Obliczoną w taki sposób liczbę niewiadomych należy powiększyć o potrójną
wartość punktów aerotriangulacyjnych, dla których wyznacza się współrzędne terenowe.
Wyrównanie metodą wiązek:
Standardowe wyrównanie metodą wiązek sieci zdjęć cyfrowych stanowi kombinowane wyrównanie
obserwacji fotogrametrycznych i geodezyjnych. Wyznacza elementy orientacji przestrzennej zdjęć i współrzędne
X,Y,Z punktów obiektu. W przypadku niedostatecznej dokładności wyznaczenia fotopunktów i innych
obserwacji geodezyjnych lub ich braku stosuje się technikę swobodnego wyrównania sieci. Przy korzystnej
konfiguracji zdjęć i dobrym uwarunkowaniu układu równań możliwe jest również jednoczesne określenie
parametrów kalibracji kamery. Opcjonalna kalibracja zawiera wyznaczenie podstawowych elementów orientacji
wewnętrznej c
K
, x¢
0
, y¢
0
kamery oraz dodatkowe parametry, które opisują błędy systematyczne obrazu. Ocenę
wyników wyrównania przeprowadza się na podstawie analizy błędów i kryteriów dokładności. Typowa analiza
obejmuje odchylenie standardowe Sigma 0, parametry wewnętrznej i zewnętrznej dokładności, parametry
wewnętrznej i zewnętrznej wiarygodności. Szczególnie ważny jest test wykrywania i eliminacji błędów grubych
obserwacji fotogrametrycznych, które spowodowane są najczęściej błędną identyfikacją punktów lub
niedokładnością wyznaczenia punktów homologicznych na obrazach epipolarnych.
Dodatkowe punkty i zdefiniowane obiekty graficzne mogą być określone metodą fotogrametrycznego
przestrzennego wcięcia w przód w oparciu o obliczone elementy orientacji zdjęć.
Program AeroSys
AeroSys służy do rozwiązania i wyrównania aerotriangulacji metodą wiązek. Parametry wejściowe to:
• pomierzone znaczki tłowe
• pomierzone punkty Grubera
• pomierzone fotopunkty
• pomierzone punkty nowo wyznaczane Na początku przygotowujemy pliki
• basename.txt - ze współrzędnymi Iłowymi w układzie pikselowym;
• basename.cal - zawierający dane o liczbie znaczków Iłowych , Ck, skalibrowane współrzędne
punktu głównego, współrzędne dla określenia dystorsji radialnej i tangencjalnej;
• basename.bld - zawierający dane o liczbie zdjęć w szeregu, ilości kamer, Cp, ilości znaczków
tłowych
• basename.ctl - zawierający współrzędne fotopunktów oraz ich dokładności. Wynikiem
aerotriangulacji są:
• współrzędne geodezyjne wyrównane nowo wyznaczanych punktów
• oceny dokładności wyznaczenia tych punktów
• elementy orientacji zewnętrznej
• poprawki do obserwacji
VSD AGH
Video Stereo Digitizer AGH (VSD) jest analitycznym autografem cyfrowym
przeznaczonym do opracowywania czarno białych lub kolorowych par cyfrowych obrazów
fotogrametrycznych (stereogramów lub stereofotogramów).
VSD akceptuje skanowane obrazy lotnicze, naziemne jak i satelitarne, obrazy
skanerowe, obrazy pochodzące z kamer CCD.
VSD może być używany do tworzenia lub aktualizacji numerycznych map
topograficznych, tematycznych itp. Jak również do sporządzania wektorowej dokumentacji
architektonicznej, konserwatorskiej lub archeologicznej.
Pary obrazów cyfrowych wyświetlonych na ekranie SVGA komputera typu PC
obserwowane są przy pomocy stereoskopu zwierciadlanego. Szczegóły wybierane są przez
operatora przy użyciu pary kursorów (znaczków pomiarowych) animowanych myszą.
Wskazywane homologiczne punkty obu obrazów mogą być łączone linią łamaną.
Nieregularne krzywe są wykreślane przez rejestrowanie trajektorii kursora. Linie łamane i
trajektorie nakładane są na półtonalne obrazy cyfrowe na ekranie PC w wybranym kolorze.
Każdy kolor linii lub trajektorii stanowi oddzielną warstwę w kodzie DXF lub kodzie
binarnym programu VSD. Obserwowane pojedyncze punkty mogą być również zapisywane w
plikach tekstowych lub w kodzie DXF dla potrzeb np. DTM lub tworzonej mapy
numerycznej.
Z wykorzystaniem VSD możliwe jest opracowywanie wektorowe pojedynczych
fotogramów cyfrowych obiektów płaskich (przetwarzanie analityczne).
VSD pracuje również w trybie mono lub stereokomparatora wykonując pomiar
obrazów cyfrowych z dokładnością odpowiadającą ułamkom piksela zależną od skali
powiększenia obrazu cyfrowego.
W miarę potrzeb VSD może być zatem: autografem, przetwornikiem analitycznym
zwektoryzowanych obrazów, monokomparatorem lub stereokomparatorem.
Program VSD akceptuje następujące formaty obrazów cyfrowych:
a)
TIFF monochromatyczny (maks.256 półtonów),
b)
TIFF kolorowy, indeksowany, z paletą o 256 kolorach.
W trakcie wizualizacji pary barwnych obrazów w programie VSD palety obrazów
zostają zsumowane a następnie zredukowane do 248 pozycji. Pozostałe 8 kolorów jest
zarezerwowanych dla numerycznej mapy wektorowej wyświetlanej na ekranie oraz dla
napisów pomocniczych. Pliki kolorowe RGB (True Color) muszą być przed wprowadzeniem
do VSD przetworzone do formatu indeksowanego lub monochromatycznego, Odpowiednią
konwersję można zrealizować przy użyciu dołączonego programu RGB_VSD.
Zarówno VSD, jak i wyżej wymienione programy narzędziowe do konwersji, obecnie
nie akceptują obrazów, przy zapisie których zastosowano kompresję, natomiast obsługują
zarówno obrazy zapisane tradycyjnie wierszami pikseli jak i obrazy zapisywane w formacie
mozaiki prostokątów (tzw. Opcja Tiled, stosowana dla dużych plików obrazowych).
Po zgłoszeniu plików obrazowych do zadania VSD, program proponuje utworzenie
plików z tzw. piramidami obrazów. W razie akceptacji tej propozycji powstają
wieloobrazowe pliki formatu TIFF zawierające szeregi obrazów o rozdzielczościach
redukowanych dwukrotnie względem poprzednika w szeregu. Ostatni obraz szeregu umieści
się w całości na połowie ekranu. Pliki te umożliwiają opracowanie obrazów pomniejszonych
na ekranie w stosunku do skali obrazów pierwotnych i wymagają dodatkowo pamięci
dyskowej o rozmiarze ok.33% rozmiaru obrazów pierwotnych.
Organizacja pamięci dyskowej
Przed uruchomieniem programu należy utworzyć katalog dyskowy, zwany katalogiem
roboczym VSD, któremu można nadać dowolną nazwę. W razie potrzeby obrazy cyfrowe
mogą być umieszczone w dowolnych katalogach, a także na innych napędach dyskowych niż
napęd katalogu roboczego. Pliki tekstowe przygotowane dla VSD, opisane poniżej, należy
umieszczać w katalogu roboczym. W katalogu roboczym może być ulokowane jedno lub
więcej tzw. zadań (projektów). Wszystkie pliki tworzące zadanie (poza plikami wynikowymi,
plikami importowanymi oraz plikami zawierającymi wyniki orientacji) mają wspólną nazwę
zgodną z nazwą zadania, uzupełnioną trzyliterowym rozszerzeniem określającym typ pliku.
Istniejące mapy wektorowe 2D i 3D w formacie DXF mogą być włączane do zadania
po transformacji do formatu ABS, właściwego dla VSD. Taką transformację realizuje
dołączony program narzędziowy DXF_ABS.EXE umożliwiając ponadto selekcję i
modyfikację ich kolorów.
ORIENTACJA WEWNĘTRZNA ZDJĘĆ
Elementy orientacji wewnętrznej pozwalają na odtworzenie wiązki promieni
rzucających. Są to elementy liniowe określające położenie środka rzutów S w stosunku do
płaszczyzny obrazowej.
Elementami orientacji wewnętrznej zdjęcia są:
- odległość obrazowa kamery fotogrametrycznej oznaczona symbolem f lub Ck ( f = Ck ),
- współrzędne punktu głównego zdjęcia o (x, y) stanowiącego rzut prostokątny środka rzutów
S na płaszczyznę obrazową.
Punkt główny zdjęcia O jest punktem wyznaczonym przez przecięcie łącznic
łączących przeciwległe znaczki tłowe zdjęcia fotogrametrycznego. Płaszczyzna obrazowa
zwana jest również płaszczyzną tłową, a układ współrzędnych – prostokątnym. Zdjęcia
układem współrzędnych tłowych.
Rzut środkowy zmienia się ze zmianą położenia środka rzutów S i przedmiotów
względem płaszczyzny tłowej. To właśnie położenie środka rzutów S względem płaszczyzny
tłowej określają elementy orientacji wewnętrznej zdjęcia. Dla zdjęć fotogrametrycznych, gdy
odległość fotografowana jest na tyle duża, że obraz powstaje w płaszczyźnie ogniskowej,
odległość środka rzutów od płaszczyzny tłowej jest równa ogniskowej kamery. Położenie
punktu głównego określone jest w lokalnym systemie współrzędnych zdjęcia, zwanym
współrzędnych tłowych, które wyznaczają znaczki tłowe umieszczone w płaszczyźnie tłowej
kamery pomiarowej. Znaczki tłowe są umieszczone zazwyczaj pośrodku na przeciwległych
bokach zdjęcia i odwzorowując się na każdym zdjęciu wyznaczają w ten sposób osie układu
współrzędnych tłowych.
W fotogrametrii analitycznej każde opracowanie rozpoczyna się od pomiaru na
zdjęciach współrzędnych tłowych odpowiednich punktów. Pomiar ten pozwala zorientować
osie tłowe zdjęcia równolegle do prostopadłych względem siebie osi układu pikselowego.
Proces obliczeniowy wymaga znajomości współrzędnych w układzie tłowym, którego
początek znajduje się w punkcie głównym każdego zdjęcia. Dlatego pomiar na każdym
zdjęciu wykonany na stereokomparatorze rozpoczyna się od pomiaru współrzędnych czterech
znaczków tłowych.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]